JP2003531557A - Electric motor control and protection method, electric motor control system, and electric motor system - Google Patents
Electric motor control and protection method, electric motor control system, and electric motor systemInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
Abstract
Description
【０００１】
（発明の開示）
本発明は、電気モータ、特に、３相インバータブリッジ(inverting bridge)を
含む制御システムであって、その制御システムによって駆動(actuation)を正確
に制御するために、駆動軸に物理的に取り付けられた位置検出器を使用すること
によって、あるいは磁石によってコイルに誘起される電圧(tension)から回転子
の位置を監視することが要求される制御システムによって電子的に駆動される永
久磁石モータを制御し保護するための方法を対象にしている。本発明はまた電気
モータを制御するためのシステム及び電気モータシステムをも対象にしている。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to an electric motor, and more particularly to a control system including a three-phase inverter bridge, in order to accurately control the actuation by the control system. Electronically driven by using a position detector physically attached to the shaft or by a control system that requires monitoring the rotor position from the voltage (tension) induced in the coil by a magnet. Method for controlling and protecting permanent magnet motors. The present invention is also directed to systems for controlling electric motors and electric motor systems.
【０００２】
本発明の目的は、上記の３相インバータブリッジの１つあるいはそれ以上のス
イッチが不適切な時に作動させられ、それによって電流検出器によって検出する
ことができない高電流が発生することになり、この電流が回転子磁石の自己消磁
(auto-demagnetization)を生じさせ、更に上記のインバータブリッジのスイッチ
に損傷を生じさせる場合があるのを防止することである。It is an object of the present invention that one or more switches of the above three-phase inverter bridge are activated at an improper time, which results in a high current that cannot be detected by a current detector. And this current becomes the self-demagnetization of the rotor magnet.
This is to prevent (auto-demagnetization) and further damage to the above-mentioned inverter bridge switch.
【０００３】 （技術の現状の説明） 回転子位置の検出は永久磁石モータの駆動のために必要とされる。[0003] (Explanation of the current state of technology) Detection of rotor position is required for driving the permanent magnet motor.
【０００４】
本発明の先行技術によれば、このような検出は、ブラジル特許出願 PI 880548
5に述べられているように、回転子に物理的に結合されたセンサ（「ホール」、
光学式など）を介して、あるいはモータコイル自身に誘起される電圧を観測する
ことによって、制御がモータのどの相が駆動されるであろうということをそのた
び毎に正確に選択することができるような方法で成し遂げられ得る。According to the prior art of the present invention, such detection is described in Brazilian patent application PI 880548.
As described in 5, sensors ("holes", physically coupled to the rotor,
Each time, the control can select exactly which phase of the motor will be driven, either via the optical type) or by observing the voltage induced in the motor coil itself. Can be accomplished in such a way.
【０００５】
以下に詳細に述べられるように、制御ユニットは、正常に運転しているときは
、位置検出器及び電流保護検出器(current protection detector)の入力を分析
し、したがって予め定められたテーブルにしたがってそれぞれの出力を作動させ
る。しかしながら、もし位置検出器に故障があると、おそらく３相インバータブ
リッジの１つあるいはそれ以上のスイッチの作動が不都合なり、その結果、電流
検出器によって検出されない大きな電流の発生となる可能性があり、従ってモー
タの磁石の自己消磁及び３相インバータブリッジのスイッチの損傷を生じる結果
となることになる。As will be described in detail below, the control unit, during normal operation, analyzes the inputs of the position detector and the current protection detector, and thus a predetermined table. Activate each output according to. However, if the position detector fails, it is likely that one or more of the switches in the three-phase inverter bridge will malfunction, resulting in the generation of large currents not detected by the current detector. Consequently, this will result in self-demagnetization of the motor magnets and damage to the switches of the three-phase inverter bridge.
【０００６】
周知のように、磁石の消磁はモータの始動を困難にし、出力を低減させ、モー
タを過熱させ、その何れの場合も許容されない。[0006] As is well known, demagnetization of a magnet makes starting the motor difficult, reducing the output and causing the motor to overheat, neither of which is acceptable.
【０００７】
更にこの発明の先行技術によれば、モータ磁石の自己消磁を防止するために次
の方法が採用されている。すなわち、磁石の厚さを増大させたもっとロバストな
(robust)モータの設計にする方法があるが、これは特に磁石が大きくなる点から
コストを著しく増大させることになろうし、また、モータの全てのスイッチある
いは全ての相に電流検出器を設置する方法は検出器と分析のための制御用信号の
数が多くなりコストを増大させるだけでなくシステムの複雑さも増大させるであ
ろうし、あるいはまた自己消磁に対する保護を単に除去する方法は、したがって
モータの保全(integrity)を故障の発生の統計的な可能性に任せることになり、
これはシステムに対してのみならず製造者のイメージに対しても重大なリスクに
なる。Further, according to the prior art of the present invention, the following method is adopted to prevent self-demagnetization of the motor magnet. That is, the more robust the magnet thickness is increased
There is a way to design a (robust) motor, but this would add significantly to the cost, especially in terms of larger magnets, and also install a current detector on every switch or every phase of the motor. The method would not only increase the cost by increasing the number of control signals for the detector and analysis, but also the system complexity, or the method of simply removing the protection against self-demagnetization would therefore be Leaving the integrity to the statistical likelihood of the occurrence of a failure,
This poses a significant risk not only to the system but also to the manufacturer's image.
【０００８】
（本発明の簡単な説明と目的）
多くの調査から、正常に運転していて同じ回転方向が続くときは、回転子の位
置がセンサ内で更新される順序(sequence)は常に同じであることが明らかにされ
た。したがって、このような順序は予め決めることができ、それによってモータ
を制御するためのシステムの制御ユニットは回転子の位置が変わるであろう順序
を予測することが可能であろう。モータが回転している速度を知ることによって
、回転子の位置が変化するであろう時間を予測することが可能である。Brief Description and Purpose of the Present Invention From many studies, the sequence in which the rotor position is updated in the sensor is always the same when operating normally and following the same direction of rotation. Was revealed. Thus, such an order could be predetermined, thereby allowing the control unit of the system for controlling the motor to predict the order in which the rotor position would change. By knowing the speed at which the motor is rotating, it is possible to predict when the position of the rotor will change.
【０００９】
これらの情報を用いて、制御ユニットはモータが駆動されるときの故障を防止
することができ、したがって、回転子磁石とインバータブリッジのスイッチの保
全を確保にすることができる。With this information, the control unit can prevent failures when the motor is driven, thus ensuring the integrity of the rotor magnet and the switches of the inverter bridge.
【００１０】
本発明の教示によって、制御ユニットは該当する回転方向に対して予測される
位置のみを有効として、常に現在の速度に対して予想される時間のとおりに、受
入れることになろう。In accordance with the teachings of the present invention, the control unit will only accept the predicted position for the relevant direction of rotation, always accepting at the expected time for the current speed.
【００１１】
好ましくは、この時間を決定するときは、その間に位置の変化が生ずるべきで
あるという最小時間と最大時間を規定する許容範囲(tolerance range)が考慮さ
れるべきである。Preferably, when determining this time, a tolerance range defining a minimum and maximum time during which a position change should occur should be considered.
【００１２】
本発明は先行技術と比較して回転子磁石を特に大きくする必要は何もないこと
、モータのコストや複雑さが低減されること、および電流保護検出器が簡単化さ
れること、更にシステムに対してより大きな信頼性を与えることといった利点を
有する。The present invention does not require any particularly large rotor magnets compared to the prior art, reduces the cost and complexity of the motor, and simplifies the current protection detector, It also has the advantage of providing greater reliability to the system.
【００１３】
このような利点は、回転子を備える電気モータ、特に３相インバータブリッジ
を含む制御システムによって電子的に駆動される永久磁石モータを制御し保護す
るための方法において、第１の時間期間であって、その間に上記回転子がある最
初の位置とその次の位置の間にあるべきである第１の時間期間をカウントするス
テップと、上記第１の時間期間に続く第２の時間期間であって、その間に上記回
転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステッ
プと、を含むことを特徴とする方法によって達成される。Such an advantage is provided in a method for controlling and protecting an electric motor with a rotor, in particular a permanent magnet motor electronically driven by a control system including a three-phase inverter bridge, in a first time period. A step of counting a first time period during which the rotor should be between an initial position and a subsequent position, and a second time period following the first time period. And counting a second time period during which the rotor should pass the next position, during which time.
【００１４】
本発明はまた、回転子を備える電気モータ、特に永久磁石モータを制御するた
めの、３相インバータブリッジを含むシステムとしても表され、かつ、上記回転
子の位置を時間の関数として分析することができるマイクロコントローラを追加
して含み、このマイクロコントローラは、第１の時間期間であって、その間に上
記回転子がある最初の位置とその次の位置との間にあるべきである第１の時間期
間をカウントするステップと、上記第１の時間期間に続く第２の時間期間であっ
て、その間に上記回転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間を
カウントするステップとを実行することができるカウンタに関連することを特徴
とし、同じく制御システムを含む電気モータシステム、その制御システムによっ
て電子的に駆動される電気モータにも関連し、そして、上記回転子の位置を時間
の関数として分析することできるマイクロコントローラを追加して含み、このマ
イクロコントローラは、第１の時間期間であって、その間に上記回転子がある最
初の位置とその次の位置の間にあるべきである第１の時間期間をカウントするス
テップと、上記第１の時間間隔に続く第２の時間期間であって、その間に上記回
転子が上記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステッ
プとを実行することができるカウンタに関連することを特徴とする。The invention is also represented as a system including a three-phase inverter bridge for controlling an electric motor with a rotor, in particular a permanent magnet motor, and analyzing the position of the rotor as a function of time. An additional microcontroller, which may be for a first time period during which the rotor should be between a first position and a second position. Counting one time period, and counting a second time period following the first time period during which the rotor should pass the next position. An electric motor system, also including a control system, associated with a counter capable of performing Also associated with an electric motor driven to, and additionally including a microcontroller capable of analyzing the position of the rotor as a function of time, the microcontroller being for a first time period during which Counting a first time period during which the rotor should be between one first position and the next position, and a second time period following the first time interval, during which And counting a second time period during which the rotor should pass the next position.
【００１５】 （発明の詳細な説明） 本発明は以下で添付の図面を参照してより詳細に説明される。[0015] (Detailed Description of the Invention) The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
【００１６】
図１及び２において、電気モータシステム１は、基本的には整流ブリッジ３と
、容量性フィルタ４、３相インバータブリッジ５、永久磁石回転子を備えた３相
モータ１０、制御ユニット１１、位置検出器ＳＡ，ＳＢ及びＳＣ、及び電流保護
検出器ＰＩを含む制御システム２によって電子的に駆動される。1 and 2, the electric motor system 1 basically comprises a commutation bridge 3, a capacitive filter 4, a three-phase inverter bridge 5, a three-phase motor 10 having a permanent magnet rotor, and a control unit 11. , Position detectors SA, SB and SC, and a current protection detector PI, which is electronically driven by a control system 2.
【００１７】
現状技術で周知のように、制御ユニット１１は、位置検出器ＳＡ、ＳＢ及びＳ
Ｃと電流保護検出器ＰＩを、それぞれの出力によって、図３に示されたテーブル
にしたがって適当な時間に３相インバータブリッジ５のスイッチＴ１からＴ６を
点弧するために、監視することに対しての責務を負っている。As is known in the state of the art, the control unit 11 includes position detectors SA, SB and S.
For monitoring C and the current protection detector PI by their respective outputs in order to fire the switches T1 to T6 of the three-phase inverter bridge 5 at the appropriate time according to the table shown in FIG. Is responsible for.
【００１８】
従って、制御ユニット１１の指令に応答して３相インバータブリッジ５も適正
な時間にモータ１０のコイルに電流を供給することになる。Therefore, in response to the command from the control unit 11, the three-phase inverter bridge 5 also supplies the current to the coil of the motor 10 at an appropriate time.
【００１９】
既に述べたように、位置検出器ＳＡ、ＳＢ及びＳＣに何らかの故障がある場合
には、３相インバータブリッジ５の１つあるいはそれ以上のスイッチＴ１からＴ
６は適切には作動されない可能性があり、そのことが電流保護検出器ＰＩによっ
て検出されない高電流を発生させる可能性があり、その結果モータの自己消滋と
３相インバータブリッジ５のスイッチＴ１からＴ６に対する損傷を生じさせるこ
とになる。As already mentioned, in the event of any failure of the position detectors SA, SB and SC, one or more switches T1 to T of the three-phase inverter bridge 5 are
6 may not operate properly, which may generate high currents not detected by the current protection detector PI, resulting in self-depletion of the motor and switch T1 of the 3-phase inverter bridge 5. This will cause damage to T6.
【００２０】
本発明の教示によって、制御システム２はまた回転子の位置を時間の関数とし
て分析することができるマイクロコントローラ（図示なし）も含み、これは時間
をカウントする連続せるステップを実行することができるカウンタに関連する。
技術的に周知のように、このようなカウンタは上記のマイクロコントローラの内
部の構成要素であっても良い。In accordance with the teachings of the present invention, the control system 2 also includes a microcontroller (not shown) that can analyze the position of the rotor as a function of time, which performs successive steps of counting time. Can be related to the counter.
As is known in the art, such a counter may be an internal component of the microcontroller described above.
【００２１】
上記のカウンタは電気モータ１０の回転子の位置の変化がある毎にゼロにセッ
トされ、第１の時間期間のカウントが開始され、その期間中は回転子はある１つ
の位置ともう１つの位置の間にあるべきである。その後に第２の時間期間のカウ
ントが開始され、その時間中に回転子はその次の位置を通過するべきである。The above-mentioned counter is set to zero each time there is a change in the position of the rotor of the electric motor 10, the counting of the first time period is started, during which the rotor is at one position and another. Should be between one position. Then the counting of the second time period is started, during which time the rotor should pass the next position.
【００２２】
２極を有する３相モータでは図３に示されるように回転子の６つの基本的な位
置Ｐ１からＰ６があり、その各位置はそれぞれの第２の時間期間中に回転子によ
って逐次到達されるべきである。In a three-phase motor with two poles, there are six basic positions P1 to P6 of the rotor, as shown in FIG. 3, each position of which is serialized by the rotor during a respective second time period. Should be reached.
【００２３】
もし回転子が上記第１の時間期間中に上記位置の１つを通過するなら、そのこ
とは早すぎるであろう、あるいは上記第２の時間期間が経過した後に上記位置の
１つを通過するならそれは遅すぎるであろうということになり、それは何らかの
エラーがあったことを意味し、そのとき上記マイクロコントローラは更なる損傷
を防止するために制御システム２をオフにし、したがって回転子磁石及び３相イ
ンバータブリッジのスイッチの保全を維持する。If the rotor passes one of the positions during the first time period, it may be too early, or one of the positions after the second time period elapses. Would have been too late, which means there was some error, at which time the microcontroller turned off the control system 2 to prevent further damage and thus the rotor. Maintain the integrity of the magnets and switches of the three-phase inverter bridge.
【００２４】
もし回転子が上記第２の時間期間中に正しい位置を通過するなら、マイクロコ
ントローラは出力更新信号(output updating signal)を出し、カウンタを再スタ
ートさせ、上記の第１及び回転子が通過すべき次の位置に相当する第２の時間期
間をカウントするための同様なものを準備することになる。If the rotor passes through the correct position during the second time period, the microcontroller issues an output updating signal and restarts the counter so that the first and rotor are The same would be prepared for counting the second time period corresponding to the next position to pass.
【００２５】
もちろん、もし回転子が上記第２の時間期間中に正しい位置でない位置を通過
するならば、これもまた何らかのエラーを有していることを意味し、そのときは
上記マイクロコントローラは制御システム２をオフにする。Of course, if the rotor passes a position that is not correct during the second time period, this also means that it also has some error, in which case the microcontroller will control it. Turn off system 2.
【００２６】
図４は本発明を例示するための電気モータを制御し保護するための方法の包括
的フローチャート(generic flowchart)を示す。FIG. 4 shows a generic flowchart of a method for controlling and protecting an electric motor to illustrate the present invention.
【００２７】
この発明の特定の教示によれば、上記第２の時間期間は回転子が所定の位置を
通過する時間に対する許容範囲(tolerance)を含むべきである。例として、３，
０００ｒｐｍで回転する２極を有する３相モータにおいては、回転子は１回転を
終了するのに２０ｍｓかかり、従ってそれが各位置を通過する間に３．３ｍｓを
費やすことになる。According to certain teachings of the invention, the second time period should include a tolerance for the time the rotor passes through a given position. As an example, 3,
In a three-phase motor with two poles rotating at 000 rpm, the rotor takes 20 ms to complete one revolution, thus spending 3.3 ms while it passes each position.
【００２８】
上記許容範囲を提供するためには、上記カウンタによって測定される上記第２
の時間期間は１．６５ｍｓ（ｘ／２）の第１の頭部の範囲(head range)と正規の
３．３ｍｓを超える６．６ｍｓ（２ｘ）の第２の後部の範囲(tail range)を含む
べきであり、これはｘ−５０％とｘ+１００％の許容範囲を表す。In order to provide the tolerance, the second measured by the counter
The time period of is a first head range of 1.65 ms (x / 2) and a second tail range of 6.6 ms (2x) which exceeds the normal 3.3 ms. Should be included, which represents a tolerance of x-50% and x + 100%.
【００２９】
実現のための好適実施例を述べたが、本発明の適用範囲は他の可能な変形を包
含するものであり、可能な等価なものを含む特許請求の範囲によってのみ限定さ
れるものであることが理解されるべきである。Although a preferred embodiment for realization has been described, the scope of the invention covers other possible variants and is limited only by the scope of the claims, including the possible equivalents. It should be understood that
【図１】
制御システムによって電子的に駆動される電気モータシステムのブロック図を
示す。FIG. 1 shows a block diagram of an electric motor system electronically driven by a control system.
【図２】 ３相インバータブリッジの略図を示す。[Fig. 2] 3 shows a schematic diagram of a three-phase inverter bridge.
【図３】 ３相インバータブリッジの作動テーブルを示す。[Figure 3] The operation table of a three-phase inverter bridge is shown.
【図４】
この発明の教示を具体化する電気モータを制御し保護するための方法の包括的
フローチャートを示す。FIG. 4 illustrates a general flow chart of a method for controlling and protecting an electric motor embodying the teachings of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュワルツ，マルコス ギルエルメ ブラジル国，エシセー，ホインビル，ルア ジェネラル オソーリオ，257 Ｆターム(参考） 5H560 BB04 BB12 DA02 DA07 DA13 DC12 EB01 GG04 JJ01 JJ02 RR10 SS07 TT02 TT15 UA01 【要約の続き】 るカウンタに関連し、同様に制御システム（２）を含む 電気モータ（１）にも関連することを特徴とする。─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Schwartz, Marcos Gilerme Brazil, Essay, Heinville, Rua General Osorio, 257 F-term (reference) 5H560 BB04 BB12 DA02 DA07 DA13 DC12 EB01 GG04 JJ01 JJ02 RR10 SS07 TT02 TT15 UA01 [Continued summary] Associated with the counter, also including the control system (2) It is also characterized in that it relates to the electric motor (1).
Claims (6)
バータブリッジ（５）を含む制御システム（２）によって電子的に駆動される永
久磁石モータの制御保護方法において、第１の時間期間であって、該第１の時間
期間中に前記回転子がある最初の位置と該最初の位置の次の位置との間にあるべ
きである第１の時間期間をカウントするステップと、前記第１の時間期間に続く
第２の時間期間であって、該第２の時間期間中に前記回転子が前記次の位置を通
過するべきである第２の時間期間をカウントするステップと、を含むことを特徴
とする電気モータの制御保護方法。1. A method for controlling and protecting an electric motor (10) with a rotor, in particular a permanent magnet motor electronically driven by a control system (2) comprising a three-phase inverter bridge (5), Count a first time period during which the rotor should be between a first position and a position next to the first position during the first time period. Counting a second time period following the first time period, the second time period during which the rotor should pass the next position during the second time period. A method of controlling and protecting an electric motor, comprising:
記次の位置を通過する場合はエラー信号を発生する追加のステップを含み、ある
いは前記回転子が前記第２の時間期間中に前記次の位置を通過する場合カウンタ
を再スタートさせるための出力更新信号を発生するステップを含むことを特徴と
する請求項１に記載の方法。2. The method further comprises the additional step of generating an error signal if the rotor passes the next position before or after the second time period, or if the rotor has the second position. The method of claim 1 including the step of generating an output update signal for restarting a counter if the next position is passed during a time period.
置に続く位置とは別の位置を通過する場合はエラー信号を発生する追加のステッ
プを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。3. The method comprises the additional step of generating an error signal if the rotor passes a position other than a position following the first position during the second time period. The method according to claim 2, wherein
ことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。4. The method according to claim 2, wherein the control system 2 can be turned off by the error signal.
石モータのための、３相インバータブリッジ（５）を含む、制御システム（２）
において、前記回転子の位置を時間の関数として分析することができるマイクロ
コントローラを追加して含み、該マイクロコントローラが、第１の時間期間であ
って、該第１の時間期間中に前記回転子がある最初の位置と該最初の位置の次の
位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントするステップと、前記第
１の時間期間に続く第２の時間期間であって、該第２の時間期間中に前記回転子
が前記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウントするステップと
、を実行することができるカウンタに関連することを特徴とする制御システム。5. A control system (2) for a motor with a rotor (10) comprising a three-phase inverter bridge (5), especially for a permanent magnet motor.
In, which additionally includes a microcontroller capable of analyzing the position of the rotor as a function of time, the microcontroller being in a first time period during the first time period. Counting a first time period that should be between a first position and a position next to the first position; and a second time period following the first time period, Counting a second time period during which the rotor should pass the next position during the second time period, the control system being capable of performing .
駆動される電気モータ（１０）とを含む電気モータシステム１において、回転子
の位置を時間の関数として分析することができるマイクロコントローラであって
、第１の時間期間であって、該第１の時間期間中前記回転子がある最初の位置と
該最初の位置の次の位置との間にあるべきである第１の時間期間をカウントする
ステップと、前記第１の時間期間に続く第２の時間期間であって、該第２の時間
期間中に前記回転子が前記次の位置を通過するべきである第２の時間期間をカウ
ントするステップと、を実行することができるカウンタに関連するマイクロコン
トローラを追加して含むことを特徴とする電気モータシステム。6. In an electric motor system 1 comprising a control system (2) and an electric motor (10) electronically driven by the control system 2, the position of the rotor can be analyzed as a function of time. A first microcontroller for a first time period, the rotor should be between a first position and a position next to the first position during the first time period. A second time period following the first time period, the rotor should pass the next position during the second time period. An electric motor system additionally comprising a microcontroller associated with a counter capable of performing a time period of.
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